采用人工控制與自動(dòng)穩(wěn)定控制的垃圾焚燒爐燃燒過程對(duì)比分析研究

摘 要:分析人工控制與自動(dòng)穩(wěn)定控制的垃圾焚燒爐燃燒過程的特點(diǎn)，以深圳市市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠為實(shí)例來對(duì)后者優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)分析。總結(jié)自動(dòng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，展望其發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞:燃燒控制模糊控制策略燃燒穩(wěn)定性

中圖分類號(hào):X701.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)07(c)-0006-01

1 研究背景

隨著我國城市化進(jìn)程的加快，人們生活水平不斷提高，每天源源不斷大量產(chǎn)生的城市生活垃圾，已成為一個(gè)污染環(huán)境、影響生活的社會(huì)問題。為了貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，必須對(duì)城市生活垃圾進(jìn)行資源化、減量化、無害化處理。

我國垃圾焚燒技術(shù)經(jīng)歷了從無到有，從有到現(xiàn)今日益壯大的過程，由此可見人們對(duì)環(huán)保要求也越來越高。為更好地符合環(huán)保部門提出對(duì)垃圾焚燒溫度、煙氣排放污染物含量及灰渣熱灼減率等一系列新標(biāo)準(zhǔn)，在運(yùn)行上要求我們有著更科學(xué)更準(zhǔn)確的判斷與操作。但事實(shí)上，由于操作人員的工作量較大，過多人為操作，可能帶來的操作失誤也較多，一般垃圾焚燒廠的垃圾焚燒鍋爐爐膛溫度一般只能控制在800℃±150℃范圍內(nèi)，而燃燒過程的不穩(wěn)定容易造成二次污染物的產(chǎn)生及鍋爐受熱面的腐蝕問題。

與人工控制系統(tǒng)相比較，自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)于控制燃燒穩(wěn)定性，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度以及進(jìn)一步降低二次污染和減弱高溫腐蝕是否有著優(yōu)勢(shì)？

針對(duì)上述問題，本文以深圳市市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠為實(shí)例，對(duì)采用人工控制與自動(dòng)穩(wěn)定控制的垃圾焚燒爐燃燒過程進(jìn)行對(duì)比分析研究。

2 原有燃燒控制系統(tǒng)狀況及自動(dòng)穩(wěn)定系統(tǒng)改造設(shè)想

目前，燃燒控制主要由人工進(jìn)行，根據(jù)人工控制過程來看，在有經(jīng)驗(yàn)的鍋爐操作工運(yùn)行下，采用間斷給料的方法，垃圾焚燒爐的運(yùn)行效果較好，爐溫控制對(duì)垃圾熱值變化的適應(yīng)性也較傳統(tǒng)的PID控制好，在一段時(shí)間內(nèi)垃圾熱值比較穩(wěn)定的情況下，爐溫波動(dòng)范圍可以大大減小。但仍存在著燃燒不穩(wěn)定等情況。

由于垃圾焚燒爐的燃燒過程是強(qiáng)耦合的多輸入多輸出非線性系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)特性隨著運(yùn)行工況的變化而大幅度變化，且各環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性差異很大，存在慣性、滯后、非線性、時(shí)變、工作環(huán)境和干擾的不確定性，很難獲得精確的數(shù)學(xué)模型，即使獲得精確的數(shù)學(xué)模型，必須提出并遵循一些比較苛刻的假設(shè)，而在應(yīng)用中這些假設(shè)往往與實(shí)際不符，故使得傳統(tǒng)的控制理論在焚燒爐的燃燒過程中無法收到良好的控制效果。但是熟練的操作工人往往可以對(duì)焚燒爐燃燒過程進(jìn)行有效的控制。操作者對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制時(shí)主要是通過不斷學(xué)習(xí)，積累操作經(jīng)驗(yàn)。這些經(jīng)驗(yàn)包括他對(duì)被控對(duì)象特性的了解及在各種情況下的控制策略、性能指標(biāo)判據(jù)。然后根據(jù)這些經(jīng)驗(yàn)建立起一組用自然語言形式表達(dá)的具有模糊性的行之有效的控制規(guī)則，來對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，這就是所謂的模糊控制策略。它不要求已知受控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，卻能很好地解決了大量常規(guī)控制難以解決的控制難題，這已在不同領(lǐng)域的自動(dòng)控制系統(tǒng)中得以成功應(yīng)用。

綜上，基于操作人員經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制其效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于按照經(jīng)典控制理論的自動(dòng)控制系統(tǒng)，因此作為此次燃燒穩(wěn)定性控制研究也拋棄了傳統(tǒng)的PID控制策略，改用基于人類經(jīng)驗(yàn)的智能控制方式——模糊控制。通過軟件的方式生成模糊控制器作為爐溫模糊控制系統(tǒng)的核心。模糊控制器的控制規(guī)律由計(jì)算機(jī)的程序?qū)崿F(xiàn)。通過改進(jìn)焚燒控制方式，實(shí)現(xiàn)較為穩(wěn)定的垃圾燃燒過程、縮小溫度波動(dòng)范圍、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度以及為進(jìn)一步降低二次污染和減弱高溫腐蝕奠定基礎(chǔ)。

3 運(yùn)行結(jié)果與分析

進(jìn)行垃圾焚燒爐燃燒穩(wěn)定性自動(dòng)控制72小時(shí)試運(yùn)行。從溫度波動(dòng)范圍、系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、灰渣熱灼減率等幾個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。

由運(yùn)行中得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以明顯看出鍋爐72小時(shí)試運(yùn)行中超過70%的時(shí)間運(yùn)行于850～950℃的溫度范圍內(nèi)，800℃以上的運(yùn)行時(shí)間超過了85%。同時(shí)由的灰渣熱灼減率可以看出基本滿足了控制指標(biāo)。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)計(jì)算，72小時(shí)試運(yùn)行期間自動(dòng)控制系統(tǒng)的投運(yùn)率達(dá)到了95.7%，符合自動(dòng)控制系統(tǒng)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

為更有效的說明經(jīng)過自動(dòng)控制系統(tǒng)改造后燃燒工況的改善情況，我們截取靠近試運(yùn)行中的三天的人工控制的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較說明，由于截取的是臨近數(shù)日的數(shù)據(jù)，因此可以認(rèn)為燃料的情況比較接近，具有較高的可比性。

從手工控制和自動(dòng)控制的對(duì)比中可以看出，經(jīng)過自動(dòng)控制改造后，垃圾焚燒爐的燃燒工況從燃燒溫度水平、燃燒的平穩(wěn)以及相應(yīng)的灰渣熱灼減率達(dá)標(biāo)等方面取得了不同程度的改善和提高。

4 總結(jié)和展望

(1)在原有計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，改變了原有燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)算法，采用模糊控制策略，使燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)投入運(yùn)行，并使自動(dòng)控制的效果相對(duì)于原有的PID調(diào)節(jié)得到了較大改善，使燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)由人工經(jīng)驗(yàn)給料方式轉(zhuǎn)變?yōu)楦鶕?jù)燃燒狀態(tài)和變化趨勢(shì)進(jìn)行給料，從而使焚燒爐爐膛溫度穩(wěn)定性得到提高。通過現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，改進(jìn)后爐溫波動(dòng)明顯減少，波動(dòng)在850℃到950℃范圍內(nèi)的占70%，平均溫度提高到875℃。

(2)經(jīng)過燃燒自動(dòng)控制改造后，由于系統(tǒng)中增加了風(fēng)壓參數(shù)，在一定的配風(fēng)條件下可以較好地反映料層的厚度，因此能在一定程度上解決燃燼狀況無法及時(shí)判斷的問題。

(30加入溫度變化率控制參數(shù)，由它和風(fēng)壓參數(shù)一起對(duì)垃圾熱值情況進(jìn)行綜合判斷，可以減少一般情況下的垃圾熱值變化對(duì)爐溫穩(wěn)定的不良影響，經(jīng)過運(yùn)行試驗(yàn)，在垃圾成分處于系統(tǒng)的變化范圍時(shí)，爐溫模糊控制系統(tǒng)可將爐溫基本穩(wěn)定。

(4)在保證爐溫穩(wěn)定的前提下，使熱灼減率達(dá)到國家環(huán)保總局頒布的《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》的標(biāo)準(zhǔn)。

(5)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，一直保持有95%以上的投運(yùn)率，從而很好地降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

在將來，我們將就下列問題對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行進(jìn)一步的深化研究:

(1)增加能夠更加準(zhǔn)確的表征燃料燃燼率和入爐垃圾熱值情況的參數(shù)，該參數(shù)的獲得可考慮從兩個(gè)方面獲得，一是增加可以檢測(cè)以上參數(shù)的儀表設(shè)備，二是從現(xiàn)有參數(shù)中通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和回歸算法等數(shù)學(xué)方法提煉出所需的參數(shù)。其中的關(guān)鍵問題是保證參數(shù)的準(zhǔn)確性。

(2)在運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)架空導(dǎo)致無法下料等意外情況，因此還可以考慮增加與加料系統(tǒng)聯(lián)鎖的機(jī)械振打裝置減少架空等出現(xiàn)的幾率。同時(shí)改善垃圾池排水系也可客觀上起到穩(wěn)定燃燒的作用。

(3)設(shè)計(jì)一種改進(jìn)了的模糊控制器。這種模糊控制器是基于仿人工智能控制的思想，分析和識(shí)別系統(tǒng)的輸出狀態(tài)，動(dòng)態(tài)地獨(dú)立地對(duì)量化因子和比例因子進(jìn)行在線修正，以調(diào)整整個(gè)控制過程中不同階段上的控制特性。

總而言之，隨著我國城市生活垃圾焚燒處理產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，垃圾焚燒爐自動(dòng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)將有著更廣泛的應(yīng)用。

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